プレスリリース

2020.09.16

物質のトポロジーに由来した巨大磁気光学効果の発見:量子相エレクトロニクス研究センター 岡村嘉大 助教、物理工学専攻 有田亮太郎 教授、十倉好紀 卓越教授、量子相エレクトロニクス研究センター 高橋陽太郎 准教授ら

東京大学大学院工学系研究科の岡村嘉大助教、高橋陽太郎准教授、理化学研究所の十倉好紀センター長、東北大学金属材料研究所の藤原宏平准教授、塚﨑敦教授らの研究グループは、磁性ワイル半金属と呼ばれる近年新たに見つかった磁性体において、巨大な磁気光学応答の実証に成功しました。トポロジカル物質と呼ばれる一連の物質群では、特殊な電子構造に由来した新奇な電磁気応答が理論的に予測されており、次世代エレクトロニクス・フォトニクスへの応用展開が期待されています。
例えば、こうした物質群においては、電子はあたかも非常に大きな磁場がかかっているかのように振る舞い、巨大な異常ホール効果に代表される非自明な伝導現象が報告されています。その一方で、光学応答についても物質のトポロジーに由来した新たな現象の存在が期待されていました。
今回、岡村嘉大助教らは、強磁性でなおかつトポロジカル物質であるCo3Sn2S2において、トポロジカルな電子構造に関連した磁気光学応答の探索を行いました。テラヘルツから赤外の広い光学領域において、高精度に磁気光学ファラデー・カー効果を測定した結果、この物質の磁気光学効果が、これまで観測されてきた通常の磁性体と比べてはるかに大きいことがわかりました。さらに、光学ホール伝導度スペクトルと第一原理計算との比較を行うことで、観測した光学応答がまさにトポロジカルな電子構造に由来していることを明らかにしました。
今回得られた成果は、トポロジカル物質が一般的に大きな磁気光学効果を示すことを示唆しています。今後、トポロジカル物質を利用した新しい光デバイスの開発へとつながっていくことが期待されます。

本研究成果は、英国科学雑誌「Nature Communications」に英国時間9月15日に掲載されました。
本研究は、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業 CREST「トポロジカル絶縁体ヘテロ接合による量子技術の基盤創成(研究代表者:川﨑雅司)」(No. JPMJCR16F1)、「ナノスピン構造を用いた電子量子位相制御(研究代表者:永長直人)」(No. JPMJCR1874)、「トポロジカル機能界面の創出(研究代表者:塚﨑敦)」(No. JPMJCR18T2)の支援を受けて行われました。



プレスリリース本文:/shared/press/data/setnws_202009160956044725043931_549368.pdf

科学技術振興機関:https://www.jst.go.jp/pr/announce/20200915/index.html

日本経済新聞:https://www.nikkei.com/article/DGXLRSP540315_U0A910C2000000/